近日，橡树岭国家实验室（ORNL）的扫描式测振仪用于量子研究。该团队上一次使用ORNL的3D扫描测振仪，是为了测量一块巨大的复合材料面板。这一次，他们测量的是低温离子阱的振动振幅——峰值到峰值大约是10纳米。
“这是对这台机器绝对极限的第一次真正测试，”同位素科学与工程理事会富集科学与工程部（ESED）的研究人员布莱克·范·霍伊（Blake Van Hoy）说。
Van Hoy是3D扫描测振仪的常驻专家。在他写了一份工厂资本设备提案，将其作为一项长期基础设施投资之后，该实验室于2021年购买了专门的设备，该设备使用来自三个头部的可见光或红外激光来构建几何矩阵，散射光线并评估振动，从而对几乎任何物体（从大到小，任何形状）进行高保真测量。
迄今为止，它在ORNL的主要用途是帮助ESED进行研究和开发。例如，复合面板与其他类型的面板一起进行测量，以确定哪种面板在减少振动能量方面效果最好。
但Van Hoy主张更广泛地使用扫描振动仪，它属于实验室，而不是专门为ESED使用。
这就是为什么他很高兴听到计算与计算科学理事会量子传感与计算小组的研究科学家克里斯·塞克（Chris Seck）的消息。
Seck正在领导一个项目，设计和开发一个低温离子阱装置来模拟量子自旋液体，这是材料科学和中子散射研究的一个关键研究领域。在模拟器中，Seck可以操纵被捕获的离子量子比特（或量子比特，量子计算中的基本信息单位），使其表现得类似于难以在实验室中研究的量子材料。
但是在使用低温离子阱时，一个常见的错误来源是实际装置的振动，这影响了离子的行为。
Seck在一个商业冷冻冷却器内使用一个定制的真空系统来冷却设备，但他需要能够量化机械冷却器的振动。当Seck读到实验室的激光扫描振动计时，他认为可以用它来量化振动。这不仅为他自己的研究提供了一个基线，也可以帮助未来系统的工程进一步减少振动。
“但这比他们过去测量的要小得多，”Seck说。
在其他方面也有所不同。首先，包括ESED的Trevor Michelson和J.D. Rice在内的团队将透过玻璃向微小的目标区域射击。虽然通常三个激光头都指向一个目标，以提供一个3D模型，但在这种情况下，每个激光头都指向一个单独的测量点。
“对我们来说，这将是一个有趣的实验，因为它将推动我们所能想到的一切的绝对极限，” Van Hoy说。“这将是一个很好的学习经验，知道什么是极限。”
该系统可以执行的许多非常详细的测量都是用加速度计进行的，加速度计是一种昂贵且易碎的按钮大小的传感器，被放置在多个位置来测量振动频率和阻尼。
但迈克尔逊说，在这种情况下，这是不可能的，因为加速度计太大，无法在狭小的空间中使用，而且它们增加的重量会改变离子阱和相关真空室的动态行为，从而使实验无效。
如果没有最近刚校准过的测振仪，Seck将不得不订购零件，并建造一条光学光束线来测量振动，这既投入了时间又投入了金钱。但是迈克尔逊和赖斯很容易就在他的5700号楼实验室里建立了测振仪系统。
由于Seck的是一个长期项目，Michelson和Rice说，如果在此期间有其他项目需要，可以移动测振仪；它可以在Seck的实验室里重新设置，只需要几个小时。Seck说，他希望这些测量结果除了为他的研究提供信息外，还在《Review of Scientific Instruments》期刊上发表一篇文章。
研究小组表示，他们希望增加测振仪的工作，从而形成一个专门的实验室空间，专门用于测量任何尺寸——从大到小。
“令我着迷的是这种设备的多功能性，”Rice说。“我们带着它走出大门的第一件事是在12英尺外的一个大盘子上——但我可以用机械铅笔敲击它，几乎测量到尖端。几乎所有的东西，从微小的部件，一直到大的结构，只要你能在激光和你需要测试的东西之间有一条良好的视线，你就能得到令人难以置信的详细测量。
UT-Battelle为美国能源部科学办公室管理ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。
